4 Apresentação e discussão dos resultados

Transcrição

1 57 4 Apresentação e discussão dos resultados 4.1 Resultados da primeira etapa São apresentados a seguir os resultados obtidos na primeira fase do trabalho, onde foram variadas as temperaturas de austenitização e a de revenido foi fixada em 680 C Propriedades mecânicas As propriedades mecânicas apresentadas na tabela 4.1 representam o resultado obtido nos ensaios de tração do aço estrutural grau R4. Os valores apresentados correspondem a corpos de prova temperados à partir da condição 01 (temperatura de austenitização 860 ºC) até a condição 05 (temperatura de austenitização 940 ºC) sendo todos revenidos à 680 ºC. A tabela apresenta os valores do limite de escoamento (LE), limite de resistência (LR), deformação na fratura (ε) e redução de área (RA). A deformação na fratura foi calculada tendo como referência de medida um comprimento de cinco vezes o diâmetro do corpo de prova (50,0 mm) conforme a norma ASTM E 8M 04 [22]. A tabela 4.1 apresenta os valores obtidos nos ensaios, para cada condição, com suas respectivas médias e desvios padrões.

2 58 Condição CP LE (MPa) LR (MPa) ε (%) RA (%) 1 765,0 882,0 18,90 72, ,0 901,0 18,70 72, ,0 891,0 18,80 72,26 média 775,7±11,0 891,3±9,5 18,80±0,10 72,25±0, ,0 914,0 19,40 72, ,0 918,0 19,10 72, ,0 884,0 19,60 71,91 média 779,0±23,1 905,3±18,6 19,37±0,25 72,60±0, ,0 984,0 19,56 72, ,0 982,0 19,35 72, ,0 979,0 19,23 73,86 média 868,7±8,5 981,7±2,5 19,38±0,17 73,01±0, ,0 1012,0 20,20 73, ,0 1016,0 20,20 73, ,0 1020,0 20,20 73,46 média 880,7±10,1 1016,0±4,0 20,20±0,00 73,45±0, ,0 1034,0 20,70 73, ,0 1025,0 20,60 73, ,0 1030,0 20,64 73,80 média 887,3±8,1 1029,7±8,5 20,65±0,05 73,79±0,11 Tabela 4.1 Propriedades mecânicas obtidas no ensaio de tração, primeira etapa. Segundo as recomendações de fabricação dos elos para ancoragem de sistemas offshore [21,25], as propriedades mecânicas dos aços Grau R4, devem apresentar valores mínimos para o limite de escoamento (580 MPa), limite de resistência (860 MPa), deformação na fratura (12%) e redução de área (50%). Os valores apresentados na tabela 4.1 atendem plenamente as exigências para todas as condições de tratamentos térmicos. Ainda segundo as especificações para fabricação de elos para amarras de sistemas offshore [21,25] a razão (R) entre o limite de escoamento e o limite de resistência deve ter um valor máximo de 0,92. A tabela 4.2 apresenta os valores para as cinco condições de tratamentos térmicos realizadas. Analisando os valores apresentados na tabela verifica-se que em todos os casos o valor máximo da razão R foi atendido.

3 59 Condição (LE/LR) R 01 0, , , , ,86 Tabela 4.2 Valores de R de acordo com o tratamento térmico, primeira etapa. Ao analisar a tabela 4.1, verifica-se um aumento progressivo, a partir da condição 01 até a condição 05, nos valores médios dos limites de escoamento (10%) e de resistência (15%). Tais propriedades aumentaram com o aumento da temperatura de austenitização. Uma possível causa é o aumento da temperabilidade do aço, que aumenta com o tamanho do grão da austenita, que será tanto maior quanto for a temperatura de austenitização. Durante o resfriamento, o tamanho dos grãos da austenita influencia diretamente na formação da ferrita e da bainita [19]. Estes componentes microestruturais nucleiam nos contornos dos grãos da austenita, portanto, o aumento do grão da austenita diminui o número de sítios de nucleação, favorecendo a formação de martensita, resultando em um aumento das propriedades mecânicas.

4 Ensaio CTOD A seguir são apresentados os gráficos que representam o comportamento da força P versus deslocamento do extensômetro Vg obtidos nos ensaios de CTOD realizados segundo as normas ASTM [08]. Os gráficos abaixo correspondem as amostras das condições 01 a 05. As figuras 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 e 4.5 representam os corpos de prova para cada condição. Figura 4.1-Gráfico PxVg condição 01 CP1 Figura 4.2-Gráfico PxVg condição 02 CP1 Figura 4.3-Gráfico PxVg condição 03 CP1 Figura 4.4-Gráfico PxVg condição 04 CP1

5 Figura 4.5-Gráfico PxVg condição 05 CP1 61

6 62 Para determinação dos valores do CTOD, adotou-se a equação (2.16) constante na norma ASTM [08], enquanto que o fator de intensidade de tensão (K) foi calculado de acordo com a equação 4.1 [08 ]. A função intensidade de tensão (Y) foi fornecida pela norma ASTM [08]. Para os valores do coeficiente de Poisson e módulo de elasticidade foi utilizado 0,29 e 210 GPa, respectivamente. O valor do limite de escoamento adotado no cálculo do CTOD foi aquele relativo ao valor médio de cada condição microestrutural. O parâmetro z foi admitido como sendo zero uma vez que o extensômetro de fratura foi localizado no final do entalhe mecânico.. (2.16) K = B PY W (4.1) onde: K = fator de intensidade de tensões; P = força máxima em cada ensaio; B = espessura do corpo de prova; (8 mm) W = largura do corpo de prova; (32 mm) a = comprimento real da pré-trinca de fadiga; Y [f (a/w)] = função da intensidade de tensão, retirado da norma;[08] ν = coeficiente de Poisson; ( 0,29 ) [01] E = módulo de elasticidade; (210 GPa) [01]

7 63 LE = limite de escoamento (média dos valores para cada condição de tratamento térmico); V P = componente plástico do deslocamento V g ; z = Distância da face do corpo de prova ao apoio do extensômetro de fratura; (0,00 mm) A primeira parcela apresentada da equação 2.16 representa a parte elástica do CTOD (δ e ). Esta parcela é função da carga máxima obtida no ensaio (P), da geometria do corpo de prova (B e W), das dimensões do defeito (a) e das propriedades mecânicas do material (E, LE e ν). As Tabelas 4.3, 4.4, 4.5, 4.6 e 4.7, apresentam os valores de δ e, obtidos para as varias condições de tratamentos térmicos. CP a (mm) a/w Y=f (a/w) P (kn) K (MPa (m) 1/2 ) δ e (mm) 1 15,8 0,494 9,483 22, ,887 0, ,6 0,456 8,482 20, ,648 0, ,5 0,484 9,202 19, ,004 0,043 Tabela 4.3 Valores da parte elástica do CTOD para a condição 01 CP a (mm) a/w Y=f (a/w) P (kn) K (MPa (m) 1/2 ) δ e (mm) 1 15,0 0,469 8,805 23, ,350 0, ,3 0,478 9,040 23, ,174 0, ,6 0,488 9,313 19, ,690 0,045 Tabela 4.4 Valores da parte elástica do CTOD para a condição 02

8 64 CP a (mm) a/w Y=f (a/w) P (kn) K (MPa (m) 1/2 ) δ e (mm) 1 15,3 0,478 9,040 19, ,261 0, ,7 0,459 8,555 18, ,492 0, ,0 0,500 9,659 23, ,909 0,063 Tabela 4.5 Valores da parte elástica do CTOD para a condição 03 CP a (mm) a/w Y=f (a/w) P (kn) K (MPa (m) 1/2 ) δ e (mm) 1 15,5 0,484 9,202 17, ,543 0, ,9 0,466 8,729 18, ,194 0, ,0 0,496 8,805 17, ,626 0,028 Tabela 4.6 Valores da parte elástica do CTOD para a condição 04 CP a (mm) a/w Y=f (a/w) P (kn) K (MPa (m) 1/2 ) δ e (mm) 1 15,9 0,497 9,571 15, ,614 0, ,5 0,453 8,410 17, ,491 0, ,5 0,484 9,202 14,715 94,619 0,022 Tabela 4.7 Valores da parte elástica do CTOD para a condição 05 A segunda parcela apresentada da equação 2.16 representa a parte plástica do CTOD (δ p ). Esta parcela é função do ligamento do corpo de prova (W- a), e do deslocamento do extensômetro Vg. As Tabelas 4.8, 4.9, 4.10, 4.11 e 4.12, apresentam os valores de δ p, obtidos para as varias condições de tratamentos térmicos.

9 65 CP a (mm) (W a) (mm) Vp (mm) δ p (mm) 1 15,8 16,2 1,27 0, ,6 17,4 1,35 0, ,5 16,5 1,36 0,433 Tabela 4.8 Valores da parte plástica do CTOD para a condição 01 CP a (mm) (W a) (mm) Vp (mm) δ p (mm) 1 15,0 17,0 1,34 0, ,3 16,7 1,35 0, ,6 16,4 1,52 0,481 Tabela 4.9 Valores da parte plástica do CTOD para a condição 02 CP a (mm) (W a) (mm) Vp (mm) δ p (mm) 1 15,3 16,7 1,50 0, ,7 17,3 1,53 0, , ,47 0,449 Tabela 4.10 Valores da parte plástica do CTOD para a condição 03 CP a (mm) (W a) (mm) Vp (mm) δ p (mm) 1 15,5 16,5 1,68 0, ,9 17,1 1,44 0, ,0 17,0 1,52 0,506 Tabela 4.11 Valores da parte plástica do CTOD para a condição 04

10 66 CP a (mm) (W a) (mm) Vp (mm) δ p (mm) 1 15,9 16,1 1,66 0, ,5 17,5 1,44 0, ,5 16,5 1,58 0,504 Tabela 4.12 Valores da parte plástica do CTOD para a condição 05 As Tabelas 4.13, 4.14, 4.15, 4.16 e 4.17, apresentam os valores de CTOD de carga máxima e da propagação estável da trinca (Δa), obtidos nos ensaios, para as várias condições de tratamentos térmicos da primeira etapa. São apresentados também os valores médios seguidos dos seus respectivos desvios padrões. CP δ e (mm) δ p (mm) δ (mm) Δa (mm) 1 0,063 0,395 0,458 0,7 2 0,041 0,464 0,505 1,1 3 0,043 0,433 0,476 1,0 média 0,049±0,012 0,431±0,035 0,480±0,024 0,9±0,2 Tabela 4.13 Valores de CTOD e Δa para a condição 01. CP δ e (mm) δ p (mm) δ (mm) Δa (mm) 1 0,058 0,445 0,503 1,7 2 0,059 0,437 0,496 2,3 3 0,045 0,481 0,526 1,6 média 0,054±0,008 0,454±0,023 0,508±0,016 1,9±0,4 Tabela 4.14 Valores de CTOD e Δa para a condição 02.

11 67 CP δ e (mm) δ p (mm) δ (mm) Δa (mm) 1 0,041 0,487 0,528 2,0 2 0,030 0,522 0,552 1,7 3 0,063 0,449 0,512 1,8 média 0,045±0,017 0,486±0,037 0,531±0,020 1,8±0,2 Tabela 4.15 Valores de CTOD e Δa para a condição 03. CP δ e (mm) δ p (mm) δ (mm) Δa (mm) 1 0,032 0,523 0,555 1,8 2 0,031 0,483 0,514 1,4 3 0,028 0,506 0,534 1,9 média 0,030±0,002 0,504±0,020 0,534±0,021 1,7±0,3 Tabela 4.16 Valores de CTOD e Δa para a condição 04. CP δ e (mm) δ p (mm) δ (mm) Δa (mm) 1 0,028 0,511 0,539 1,1 2 0,027 0,500 0,527 1,3 3 0,022 0,504 0,526 1,2 média 0,026±0,003 0,505±0,006 0,531±0,007 1,2±0,1 Tabela 4.17 Valores de CTOD e Δa para a condição 05.

12 68 A Tabela, 4.18,apresenta um resumo dos valores de CTOD e da propagação estável da trinca (Δa), obtidos para as varias condições de tratamentos térmicos usados nesta etapa. São apresentados os valores médios seguidos dos respectivos desvios padrões. Condição δ (mm) Δa (mm) 01 0,480±0,024 0,9±0,2 02 0,508±0,016 1,9±0,4 03 0,531±0,020 1,8±0,2 04 0,534±0,021 1,7±0,3 05 0,531±0,007 1,2±0,1 Tabela 4.18 Resumo dos valores médios de CTOD e Δa para as condições 01 à 05.

13 Caracterização microestrutural A presença dos elementos de liga retardam a formação da ferrita e perlita, deslocando a formação da bainita para temperaturas menores, o molibdênio separa a formação da bainita com a martensita, possibilitando a obtenção de bainita no resfriamento contínuo. A presença de bainita promove nestes aços uma melhor combinação de resistência mecânica e ductilidade[01]. Pode-se observar, com o aumento da temperatura de austenitização, que a estrutura apresenta um aumento dos grãos da austenita prévia, bem como um aumento da heterogeneidade da distribuição dos tamanhos dos grãos. Nota-se a formação de uma estrutura de ripas que vão aumentando a sua espessura com o aumento da temperatura de austenitização. As figuras apresentadas a seguir são similares às figuras 2.14 e 2.15 que apresenta aços contendo bainita.[20] A seguir apresentamos o aspecto micrográfico do aço estrutural R4 na condição 01 (temperatura de austenitização 860ºC e revenido 680ºC). Figura Amostra condição 01 Microscopia Ótica aumento 100x

14 70 Figura Amostra condição 01 Microscopia Ótica aumento 200x Figura Amostra condição 01 Microscopia Ótica aumento 500x

15 71 A seguir apresentamos o aspecto micrográfico do aço estrutural R4 na condição 02 (temperatura de austenitização 880ºC e revenido 680ºC). Figura Amostra condição 02 Microscopia Ótica aumento 100x

16 72 Figura Amostra condição 02 Microscopia Ótica aumento 200x Figura Amostra condição 02 Microscopia Ótica aumento 500x

17 73 A seguir apresentamos o aspecto micrográfico do aço estrutural R4 na condição 03 (temperatura de austenitização 900ºC e revenido 680ºC). Figura Amostra condição 03 Microscopia Ótica aumento 100x

18 74 Figura Amostra condição 03 Microscopia Ótica aumento 200x Figura Amostra condição 03 Microscopia Ótica aumento 500x

19 75 A seguir apresentamos o aspecto micrográfico do aço estrutural R4 na condição 04 (temperatura de austenitização 920ºC e revenido 680ºC). Figura Amostra condição 04 Microscopia Ótica aumento 100x

20 76 Figura Amostra condição 04 Microscopia Ótica aumento 200x Figura Amostra condição 04 Microscopia Ótica aumento 500x

21 77 A seguir apresentamos o aspecto micrográfico do aço estrutural R4 na condição 05 (temperatura de austenitização 940ºC e revenido 680ºC). Figura Amostra condição 05 Microscopia Ótica aumento 100x

22 78 Figura Amostra condição 05 Microscopia Ótica aumento 200x Figura Amostra condição 05 Microscopia Ótica aumento 500x

23 Microdureza As tabelas 4.19, 4.20, 4.21, 4.22 e 4.23 correspondem a valores de microdureza Vickers obtidos nos corpos de prova temperados a partir da condição 01 até a condição 05. As tabelas apresentam os valores obtidos nos ensaios, com suas respectivas médias e desvios padrões. Os valores foram aumentando com o aumento da temperatura de austenitização. Medidas Microdureza HV Valor Médio 224± 12 Tabela Microdureza, temperatura de austenitização 860ºC e revenido 680ºC. Medidas Microdureza HV Valor Médio 239 ± 17 Tabela Microdureza, temperatura de austenitização 880ºC e revenido 680ºC.

24 80 Medidas Microdureza HV Valor Mèdio 242 ± 4 Tabela Microdureza, temperatura de austenitização 900ºC e revenido 680ºC Medidas Microdureza HV Valor Médio 249 ± 8 Tabela Microdureza, temperatura de austenitização 920ºC e revenido 680ºC.

25 81. Medidas Microdureza HV Valor Médio 258 ± 9 Tabela Microdureza, temperatura de austenitização 940ºC e revenido 680ºC. A Tabela, 4.24,apresenta um resumo dos valores de microdureza Vickers, obtidos para as varias condições de tratamentos térmicos usados nesta etapa. São apresentados os valores médios seguidos dos respectivos desvios padrões. Condição Microdureza HV ± ± ± ± ± 9 Tabela 4.24 Resumo dos valores de Microdureza nas condições 01 à 05

26 Dependência da Microdureza com o Limite de Resistência. Os resultados da microdureza obtidos nesta etapa, são apresentados no gráfico abaixo. O gráfico apresenta a variação da microdureza em função do Limite de Resistência, para as diferentes temperaturas de austenitização com temperatura de revenido de 680 ºC. Figura Curva de Microdureza versus Limite de Resistência.

27 Dependência da Microdureza com a Temperatura de Austenitização. O gráfico abaixo apresenta a variação da microdureza em função da Temperatura de Austenitização, com temperatura de revenido de 680 ºC. Figura Curva de Microdureza versus Temperatura de Austenitização.

28 Dependência do Limite de Escoamento com a Temperatura de Austenitização. O gráfico abaixo apresenta a variação do Limite de Escoamento em função da Temperatura de Austenitização, com temperatura de revenido de 680 ºC. Figura Curva do Limite de Escoamento versus Temperatura de Austenitização.

29 Dependência do Limite de Resistência com a Temperatura de Austenitização. O gráfico abaixo apresenta a variação do Limite de Resistência em função da Temperatura de Austenitização, com temperatura de revenido de 680 ºC. Figura Curva do Limite de Resistência versus Temperatura de Austenitização.

30 Dependência do CTOD com o Limite de Escoamento. Os resultados do CTOD obtidos nesta etapa, são apresentados no gráfico abaixo. O gráfico apresenta a variação do CTOD em função do Limite de Escoamento, para as diferentes temperaturas de austenitização com temperatura de revenido de 680 ºC. Figura Curva de CTOD de carga máxima versus Limite de Escoamento. As curvas apresentadas representam os valores médios (azul), máximos (amarela) e mínimos (magenta) do CTOD correspondente aos limites de escoamento para cada uma das temperaturas em questão.

31 Dependência do CTOD com o Limite de Resistência. Os resultados do CTOD obtidos nesta etapa, são apresentados no gráfico abaixo. O gráfico apresenta a variação do CTOD em função do Limite de Resistência, para as diferentes temperaturas de austenitização com temperatura de revenido de 680 ºC. Figura Curva de CTOD de carga máxima versus Limite de Resistência. As curvas apresentadas representam os valores médios (azul), máximos (amarela) e mínimos (magenta) do CTOD correspondente aos limites de resistência para cada uma das temperaturas em questão.

32 Dependência do CTOD de carga máxima com as temperaturas de austenitização Os resultados do CTOD de carga máxima são apresentados no gráfico abaixo. O gráfico apresenta as curvas do CTOD para as diferentes temperaturas de austenitização com temperatura de revenido de 680 ºC. Figura Curva de CTOD de carga máxima versus temperatura de austenitização. As curvas apresentadas representam os valores médios (azul), máximos (amarela) e mínimos (magenta) do CTOD correspondente a cada uma das temperaturas em questão.

33 89 A resistência à fratura do material aumentou com o aumento da temperatura de austenitização. No entanto, se manteve praticamente constante, a partir de 900 C. Tal efeito provavelmente está associado à presença de elementos formadores de carbonetos, como o cromo e o molibdênio, que pode ter sido acentuado com o aumento da temperatura de austenitização. O aumento da presença de carbonetos dispersos no material aumenta a resistência, sem muita perda de ductilidade. Os carbonetos apresentam tantos obstáculos, que obrigam as trincas de clivagem a se desviarem de um ponto para outro, resultando numa diminuição da energia de propagação da trinca. Conforme citado anteriormente, a presença dos elementos de liga retardam a formação da ferrita e perlita, possibilitando a obtenção de bainita e martensita no resfriamento contínuo, o que promove nestes aços uma melhor combinação de resistência mecânica e ductilidade. O gráfico da figura 4.27 apresenta a temperatura de austenitização de 900 C como aquela que conferiu ao material a maior resistência à fratura. O efeito de aumento da resistência tornou-se desprezível para temperaturas maiores.

34 Resultados da segunda etapa São apresentados a seguir os resultados obtidos na segunda fase do trabalho, onde foram variadas as temperaturas de revenido e a de austenitização foi fixada em 900 C Propriedades mecânicas Os valores apresentados, na tabela 4.25, correspondem a corpos de prova revenidos à partir da condição 06 (temperatura de revenido 650 ºC) até a condição 11 (temperatura de revenido 700 ºC) sendo todos temperados com temperaturas de austenitização de 900 ºC. A tabela apresenta os valores do limite de escoamento (LE), limite de resistência (LR), deformação na fratura (ε = L/Lo) e redução de área (RA). A tabela apresenta os valores obtidos nos ensaios, para cada condição, com suas respectivas médias e desvios padrões.

35 91 Condição CP LE (MPa) LR (MPa) ε (%) RA (%) 1 940,0 1068,0 18,90 71, ,0 1050,0 18,70 72, ,0 1058,0 18,80 71,95 média 934,0±6,0 1058,7±9,0 18,80±0,10 71,93±0, ,0 1032,0 19,00 72, ,0 1037,0 18,90 72, ,0 1030,0 19,20 71,86 média 900,7±25,0 1033,0±3,6 19,03±0,15 72,23±0, ,0 1024,0 18,80 72, ,0 1030,0 19,20 72, ,0 1037,0 19,40 72,50 média 893,3±23,2 1030,6±6,5 19,13±0,31 72,30±0, ,0 984,0 19,56 72, ,0 982,0 19,35 72, ,0 979,0 19,23 73,86 média 868,7±8,5 981,0±2,5 19,38±0,17 73,01±0, ,0 929,0 19,90 72, ,0 913,0 19,70 73, ,0 920,0 19,80 73,10 média 837,0±3,0 920,7±8,0 19,80±0,10 73,12±0, ,0 896,0 20,20 72, ,0 900,0 20,50 73, ,0 902,0 20,90 73,64 média 780,7±22,0 899,3±3,1 20,53±0,35 73,23±0,39 Tabela 4.25 Propriedades mecânicas obtidas no ensaio de tração, segunda etapa. Conforme citado anteriormente, são recomendações de fabricação dos elos para ancoragem de sistemas offshore [21,25] que as propriedades mecânicas dos aços Grau R4, devem apresentar valores mínimos para o limite de escoamento (580 MPa), limite de resistência (860 MPa), deformação na fatura (12%)e redução de área (50%). Os valores apresentados na tabela 4.25 atendem plenamente as exigências para todas as condições de tratamentos térmicos.

36 92 Ainda segundo as especificações para fabricação de elos para amarra de sistemas offshore [21,25] a razão (R) entre o limite de escoamento e o limite de resistência deve ter um valor máximo de 0,92. A tabela 4.26 apresenta os valores para as seis condições de tratamentos térmicos realizadas, analisando os valores apresentados na tabela verifica-se em todos os casos o valor máximo da razão R foi atendido. Condição (LE/LR) R 06 0, , , , , ,87 Tabela 4.26 Valores de R de acordo com o tratamento térmico, segunda etapa. Ao analisar a tabela 4.25, verifica-se uma redução progressiva a partir da condição 06 até a condição 11, nos valores médios dos limites de escoamento (20%) e de resistência (19%). Apresentando assim um comportamento clássico em função do revenido[01], indicando claramente a atuação de um mecanismo de recuperação. Um aumento progressivo, embora em percentuais menores, foi verificado na deformação na fratura (9%) e na redução de área (2%). Os resultados demonstram que, para uma variação da temperatura de revenido de 650 C a 700 C, o material teve uma redução máxima de 20% nos limites de escoamento e de resistência, sem perda apreciável da ductilidade, o que garante as excelentes propriedades deste aço.

37 Ensaio CTOD A seguir são apresentados os gráficos que representam o comportamento da força P versus deslocamento do extensômetro Vg obtidos nos ensaios de CTOD realizados segundo as normas ASTM [08]. Os gráficos abaixo correspondem as amostras das condições 06 a 11. As figuras 424, 4.25, 4.26, 4.27, 4.28 e 4.29 representam os corpos de prova para cada condição. Figura 4.28-Gráfico PxVg condição 06 CP1 Figura 4.29-Gráfico PxVg condição 07 CP1 Figura 4.30-Gráfico PxVg condição 08 CP1 Figura 4.31-Gráfico PxVg condição 09 CP1

38 94 Figura 4.32-Gráfico PxVg condição 10 CP1 Figura 4.33-Gráfico PxVg condição 11 CP1

39 95 As Tabelas 4.27, 4.28, 4.29, 4.30, 4.31 e 4.32 apresentam os valores de δ e parte elástica do CTOD obtidos para as varias condições de tratamentos térmicos usadas nesta etapa. CP a (mm) a/w Y=f(a/W) P (kn) K (MPa (m) 1/2 ) δ e (mm) 01 16,4 0,513 10,060 20, ,404 0, ,8 0,463 8,654 24, ,109 0, ,0 0,469 8,805 25, ,504 0,059 Tabela 4.27 Valores da parte elástica do CTOD para a condição 06. CP a (mm) a/w Y=f(a/W) P (kn) K (MPa (m) 1/2 ) δ e (mm) 01 14,7 0,459 8,555 25, ,941 0, ,0 0,469 8,805 24, ,403 0, ,9 0,466 8,729 24, ,836 0,058 Tabela 4.28 Valores da parte elástica do CTOD para a condição 07. CP a (mm) a/w Y=f(a/W) P (kn) K (MPa (m) 1/2 ) δ e (mm) 01 15,2 0,475 8,960 24, ,248 0, ,6 0,488 9,313 23, ,014 0, ,9 0,497 9,571 22, ,620 0,052 Tabela 4.29 Valores da parte elástica do CTOD para a condição 08. CP a (mm) a/w Y=f(a/W) P (kn) K (MPa (m) 1/2 ) δ e (mm) 01 15,3 0,478 9,040 19, ,261 0, ,7 0,459 8,555 18, ,492 0, ,0 0,500 9,659 23, ,909 0,063 Tabela 4.30 Valores da parte elástica do CTOD para a condição 09.

40 96 CP a (mm) a/w Y=f(a/W) P (kn) K (MPa (m) 1/2 ) δ e (mm) 01 15,4 0,481 9,120 22, ,226 0, ,7 0,491 9,398 21, ,146 0, ,7 0,491 9,398 21, ,146 0,055 Tabela 4.31 Valores da parte elástica do CTOD para a condição 10. CP a (mm) a/w Y=f(a/W) P (kn) K (MPa (m) 1/2 ) δ e (mm) 01 15,5 0,484 9,202 20, ,101 0, ,2 0,475 8,960 20, ,215 0, ,2 0,475 8,960 20, ,679 0,044 Tabela 4.32 Valores da parte elástica do CTOD para a condição 11. As Tabelas 4.33, 4.34, 4.35, 4.36, 4.37 e 4.38, apresentam os valores de δ p, parte plástica do CTOD obtidos para as várias condições de tratamentos térmicos usadas nesta etapa. CP a (mm) (W a) (mm) Vp (mm) δ p (mm) 01 16,4 15,6 0,96 0, ,8 17,2 0,78 0, ,0 17,0 0,66 0,219 Tabela 4.33 Valores da parte plástica do CTOD para a condição 06.

41 97 CP a (mm) (W a) (mm) Vp (mm) δ p (mm) 01 14,7 17,3 0,80 0, ,0 17,0 0,93 0, ,9 17,1 0,96 0,322 Tabela 4.34 Valores da parte plástica do CTOD para a condição 07. CP a (mm) (W a) (mm) Vp (mm) δ p (mm) 01 15,2 16,8 1,09 0, ,6 16,4 1,11 0, , ,23 0,379 Tabela 4.35 Valores da parte plástica do CTOD para a condição 08. CP a (mm) (W a) (mm) Vp (mm) δ p (mm) 01 15,3 16,7 1,50 0, ,7 17,3 1,53 0, , ,47 0,449 Tabela 4.36 Valores da parte plástica do CTOD para a condição 09. CP a (mm) (W a) (mm) Vp (mm) δ p (mm) 01 15,4 16,6 1,47 0, ,7 16,3 1,44 0, ,7 16,3 1,44 0,452 Tabela 4.37 Valores da parte plástica do CTOD para a condição 10.

42 98 CP a (mm) (W a) (mm) Vp (mm) δ p (mm) 01 15,5 16,5 1,44 0, ,2 16,8 1,39 0, ,2 16,8 1,43 0,467 Tabela 4.38 Valores da parte plástica do CTOD para a condição 11. As Tabelas, 4.39, 4.40, 4.41, 4.42, 4.43 e 4.44, apresentam os valores de CTOD e da propagação estável da trinca (Δa), obtidos para as varias condições de tratamentos térmicos usados nesta etapa. São apresentados também os valores médios seguidos dos respectivos desvios padrões. CP δ e (mm) δ p (mm) δ (mm) Δa (mm) 01 0,051 0,283 0,334 1,5 02 0,053 0,264 0,317 2,2 03 0,059 0,219 0,278 2,2 média 0,054±0,004 0,255±0,033 0,310±0,029 2,0±0,4 Tabela 4.39 Valores de CTOD e Δa para a condição 06.

43 99 CP δ e (mm) δ p (mm) δ (mm) Δa (mm) 01 0,058 0,273 0,331 2,1 02 0,055 0,309 0,365 2,2 03 0,058 0,322 0,380 2,4 média 0,057±0,002 0,301±0,025 0,359±0,025 2,2±0,2 Tabela 4.40 Valores de CTOD e Δa para a condição 07. CP δ e (mm) δ p (mm) δ (mm) Δa (mm) 01 0,058 0,357 0,415 2,0 02 0,059 0,351 0,410 1,7 03 0,052 0,379 0,432 1,9 média 0,056±0,004 0,362±0,015 0,419±0,012 1,9±0,2 Tabela 4.41 Valores de CTOD e Δa para a condição 08. CP δ e (mm) δ p (mm) δ (mm) Δa (mm) 01 0,041 0,487 0,528 2,0 02 0,030 0,522 0,552 1,7 03 0,063 0,449 0,512 1,8 média 0,045±0,017 0,486±0,037 0,531±0,020 1,8±0,2 Tabela 4.42 Valores de CTOD e Δa para a condição 09.

44 100 CP δ e (mm) δ p (mm) δ (mm) Δa (mm) 16 0,053 0,472 0,525 1,9 17 0,055 0,452 0,507 2,2 18 0,055 0,452 0,507 2,0 média 0,054±0,001 0,459±0,012 0,513±0,010 2,0±0,2 Tabela 4.43 Valores de CTOD e Δa para a condição 10. CP δ e (mm) δ p (mm) δ (mm) Δa (mm) 19 0,049 0,459 0,508 1,7 20 0,047 0,455 0,502 1,6 21 0,044 0,467 0,511 1,6 média 0,047±0,003 0,460±0,006 0,507±0,005 1,6±0,1 Tabela 4.44 Valores de CTOD e Δa para a condição 11. A Tabela, 4.45, apresenta um resumo dos valores de CTOD e da propagação estável da trinca (Δa), obtidos para as varias condições de tratamentos térmicos usados nesta etapa. São apresentados os valores médios seguidos dos respectivos desvios padrões. Condição δ (mm) Δa (mm) 06 0,310±0,029 2,0±0,4 07 0,359±0,025 2,2±0,2 08 0,419±0,012 1,9±0,2 09 0,531±0,020 1,8±0,2 10 0,513±0,010 2,0±0,2 11 0,507±0,005 1,6±0,1 Tabela 4.45 Resumo dos valores médios de CTOD e Δa para as condições 06 à 11.

45 Caracterização microestrutural A seguir apresentamos o aspecto micrografico do aço estrutural R4 na condição 06 (temperatura de austenitização 900ºC e revenido 650ºC). Figura Amostra condição 06 Microscopia Ótica aumento 600x

46 102 Figura Amostra condição 06 Microscopia Ótica aumento 1000x A seguir apresentamos o aspecto micrográfico do aço estrutural R4 na condição 07 (temperatura de austenitização 900ºC e revenido 660ºC). Figura Amostra condição 07 Microscopia Ótica aumento 600x

47 103 Figura Amostra condição 07 Microscopia Ótica aumento 1000x A seguir apresentamos o aspecto micrográfico do aço estrutural R4 na condição 08 (temperatura de austenitização 900ºC e revenido 670ºC). Figura Amostra condição 08 Microscopia Ótica aumento 600x

48 104 Figura Amostra condição 08 Microscopia Ótica aumento 1000x A seguir apresentamos o aspecto micrográfico do aço estrutural R4 na condição 09 (temperatura de austenitização 900ºC e revenido 680ºC). Figura Amostra condição 09 Microscopia Ótica aumento 600x

49 105 Figura Amostra condição 09 Microscopia Ótica aumento 1000x A seguir apresentamos o aspecto micrografico do aço estrutural R4 na condição 10 (temperatura de austenitização 900ºC e revenido 690ºC). Figura Amostra condição 10 Microscopia Ótica aumento 600x

50 106 Figura Amostra condição 10 Microscopia Ótica aumento 1000x A seguir apresentamos o aspecto micrográfico do aço estrutural R4 na condição 11 (temperatura de austenitização 900ºC e revenido 700ºC). Figura Amostra condição 11 Microscopia Ótica aumento 600x

51 107 Figura Amostra condição 11 Microscopia Ótica aumento 1000 [[

52 Microdureza As tabelas 4.46, 4.47, 4.48, 4.49, 4.50 e 4.51 correspondem a valores de microdureza Vickers obtidos nos corpos de prova temperados a partir da condição 06 até a condição 11. As tabelas apresentam os valores obtidos nos ensaios, com suas respectivas médias e desvios padrões. Os valores foram diminuindo com o aumento da temperatura de revenido. Medidas Microdureza HV Valor Médio 290± 11 Tabela Microdureza, temperatura de austenitização 900ºC e revenido 650ºC. Medidas Microdureza HV Valor Médio 272± 8 Tabela Microdureza, temperatura de austenitização 900ºC e revenido 660ºC.

53 109 Medidas Microdureza HV Valor Médio 263± 8 Tabela Microdureza, temperatura de austenitização 900ºC e revenido 670ºC. Medidas Microdureza HV Valor Médio 242 ± 4 Tabela Microdureza, temperatura de austenitização 900ºC e revenido 680ºC.

54 110 Medidas Microdureza HV Valor Médio 233± 21 Tabela Microdureza, temperatura de austenitização 900ºC e revenido 690ºC. Medidas Microdureza HV Valor Médio 189 ± 27 Tabela Microdureza, temperatura de austenitização 900ºC e revenido 700ºC. A Tabela, 4.52,apresenta um resumo dos valores de microdureza Vickers, obtidos para as varias condições de tratamentos térmicos usados nesta etapa. São apresentados os valores médios seguidos dos respectivos desvios padrões.

55 111 Condição Microdureza HV ± ± ± ± ± ± 27 Tabela 4.52 Resumo dos valores de Microdureza nas condições 06 à Dependência da Microdureza com o Limite de Resistência. Os resultados da microdureza obtidos nesta etapa, são apresentados no gráfico abaixo. O gráfico apresenta a variação da microdureza em função do Limite de Resistência, para as diferentes temperaturas de revenido com temperatura de austenitização fixada em 900ºC. Figura Curva de Microdureza versus Limite de Resistência.

56 Dependência da Microdureza com a Temperatura de Revenido. O gráfico abaixo apresenta a variação da microdureza em função da Temperatura de Revenido, com temperatura de austenitização fixada em 900 ºC. Figura Curva de Microdureza versus Temperatura de Revenido.

57 Dependência do Limite de Escoamento com a Temperatura de Revenido. O gráfico abaixo apresenta a variação do Limite de Escoamento em função da Temperatura de Revenido, com temperatura de austenitização fixada em 900 ºC. Figura Curva do Limite de Escoamento versus Temperatura de Revenido.

58 Dependência do Limite de Resistência com a Temperatura de Revenido. O gráfico abaixo apresenta a variação do Limite de Resistência em função da Temperatura de Revenido, com temperatura de austenitização fixada em 900 ºC. Figura Curva do Limite de Resistência versus Temperatura de Revenido.

59 Dependência do CTOD com o Limite de Escoamento. Os resultados do CTOD obtidos nesta etapa, são apresentados no gráfico abaixo. O gráfico apresenta a variação do CTOD em função do Limite de Escoamento, para as diferentes temperaturas de revenido com temperatura de austenitização fixada em 900ºC. Figura Curva de CTOD de carga máxima versus Limite de Escoamento. O gráfico acima apresenta as relações entre o CTOD de carga máxima e os limites de escoamento para cada temperatura de revenido correspondentes, apresentamos as curvas de valores médios (azul), máximos (amarelo) e mínimos (magenta).

60 Dependência do CTOD com o Limite de Resistência. Os resultados do CTOD obtidos nesta etapa, são apresentados no gráfico abaixo. O gráfico apresenta a variação do CTOD em função do Limite de Resistência, para as diferentes temperaturas de revenido com temperatura de austenitização fixada em 900ºC. Figura Curva de CTOD de carga máxima versus Limite de Resistência. O gráfico acima apresenta as relações entre o CTOD de carga máxima e os limites de resistência para cada temperatura de revenido correspondentes, apresentamos as curvas de valores médios (azul), máximos (amarelo) e mínimos (magenta).

61 Dependência do CTOD de carga máxima com as Temperaturas de Revenido. Os resultados do CTOD de carga máxima, obtidos nesta etapa, são apresentados no gráfico abaixo. O gráfico apresenta as curvas do CTOD para as diferentes temperaturas de revenido com temperatura de austenitização fixada em 900ºC. Figura Curva de CTOD de carga máxima versus temperatura de revenido. O gráfico acima apresenta as relações entre o CTOD de carga máxima e as temperaturas de revenido correspondentes, apresentamos as curvas de valores médios (azul), máximos (amarelo) e mínimos (magenta) de CTOD correspondente a cada uma das temperaturas em questão.

62 118 A temperatura de revenido é responsável, principalmente, pela modificação da martensita, que, por ser muito dura, carece de tenacidade. A martensita pode adquirir uma boa tenacidade associada a uma resistência relativamente alta, se receber um tratamento térmico apropriado. No revenido, a martensita frágil é substituída por uma fina dispersão de partículas rígidas de cementita na tenaz matriz ferrítica, estas partículas de cementita atuam bloqueando o movimento de discordâncias, que impedem escorregamento, aumentando a resistência. [14] A resistência à fratura do material aumentou com o aumento da temperatura de revenido. No entanto, teve uma pequena redução para temperaturas acima de 680 C. Estudos realizados com aços demonstraram casos em que a tenacidade diminuiu com o aumento da temperatura de revenido. Esta mudança da tenacidade não é aparente, quando examinamos dados de dureza e limite de resistência que, geralmente, diminuem com o aumento da temperatura de revenido.[26] Provavelmente, uma das razões do efeito de redução da tenacidade no revenido, para temperaturas superiores a 680 C, está relacionado às alterações causadas por endurecimento secundário. Os aços, contendo cromo e molibdênio, estão sujeito a endurecimento secundário, causados pela precipitação de carbonetos de liga e, eventualmente, transformação em martensita da austenita retida.[27] Ligas contendo cromo e níquel são sujeitas à fragilidade em maior escala que ligas contendo só cromo ou só níquel. Estes elementos formam carbonetos, que substituem os átomos de ferro da cementita. O revenido, a altas temperaturas, não somente provoca a separação da cementita, mas também afeta a participação dos elementos de liga entre ferrita e cementita. [20] Outra possível razão da redução da tenacidade pode estar associada a um outro fenômeno conhecido como fragilidade da martensita revenida. Este fenômeno pode estar associado à segregação dos átomos impuros nos contornos de grãos da austenita antes da têmpera. [28] A fragilização da martensita pode também estar associada à precipitação de filmes de cementita ao longo das placas de martensita, que se situam ao longo dos grãos originais da austenita. Estas placas, nos contornos dos grãos, agem facilmente com caminho das trincas.[26]

63 119 O gráfico da figura 4.52, apresenta a temperatura de revenido de 680 C, como aquela que conferiu ao material a maior resistência à fratura Fractografia As figuras 4.53, 4.54, 4.55, 4.56, 4.57, 4.58 e 4.59 apresentam as característica das superfícies de fratura dos corpos de prova de CTOD para as várias condições de tratamentos térmicos adotadas neste trabalho. Figura 4.53 Vista geral da superfície de fratura condição 02 aumento 35x

64 120 Figura 4.54 Vista geral da superfície de fratura condição 07 aumento 35x Figura 4.55 Vista geral da superfície de fratura condição 11 aumento 70x

65 121 Figura 4.56 Superfície de propagação estável da trinca condição 2 aumento 2700x Figura 4.57 Superfície de propagação estável da trinca condição 3 aumento 1000x

66 122 Figura 4.58 Superfície de propagação estável da trinca condição 7 aumento 1000x Figura 4.59 Superfície de propagação estável da trinca condição 11 aumento 1000x

67 123 Observando as superfícies de propagação estável da trinca nas figuras 4.53, 4.54, 4.55, 4.56, 4.57, 4.58 e 4.59, verificou-se um micromecanismo de fratura alveolar com grande quantidade de partículas com diâmetro médio de 4 μm, esse mecanismo se refere ao processo de nucleação, crescimento e coalescimento de microcavidades que se iniciaram ao redor de inclusões ou partículas de segunda fase. No processo de deformação plástica a tensões originadas na extremidade da trinca fazem crescer as microcavidades causando o rompimentos das paredes e ligamentos que as separam, resultando uma superfície de fratura com depressões semi-esféricas ou semi- elípticas. A grande quantidade de cavidades que apresenta as superfícies fraturadas caracterizam uma fratura dúctil.[01] As variações microestruturais decorrentes das várias condições de tratamentos térmicos, modificaram os valores de resistência á fratura do material, no entanto não foram suficientes marcantes para modificar a ductilidade. Todos os corpos de provas apresentaram superfícies de fraturas similares, com a formação de microcavidades profundas envolvendo grandes deformações, fato que é comum de ser observado em aços estruturais, que normalmente apresentam uma cavidade grande, originada por uma inclusão, rodeada de várias cavidades menores.